CN112752990A - 硬性镜用中继光学系统 - Google Patents

Abstract

硬性镜用中继光学系统20具有透镜固定框21以及多个透镜22。透镜固定框21具有多个筒体26。将多个筒体26以相互为同轴的方式接合。在透镜固定框21的轴向上将多个透镜22设置于筒体26的接合位置jp以外的位置。将多个透镜22以光轴一致的方式设置在透镜固定框21内。多个透镜22不含接合透镜。

Description

硬性镜用中继光学系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年8月28日在日本申请的特愿2018-159686的优先权，并且为了参照将该在先申请的全部公开内容引入本申请中。

技术领域

本发明涉及一种硬性镜用中继光学系统。

背景技术

硬性镜被应用于医疗以及工业等领域。硬性镜使用多个透镜，将插入部前端的被摄体图像传输至基端侧。为了实现被摄体图像的良好的可视性，需要以高精度对准的状态在光轴方向上固定多个透镜。以往，为了实现高精度对位的固定，应用接合透镜(参照特許文献1)以及透镜压筒(参照特許文献2)等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-118136号公报

专利文献2：日本特开2010-158412号公报

发明内容

发明要解决的问题

在医疗等领域使用的硬性镜中，每次使用都需要进行灭菌处理。在以往的硬性镜中，适用通过STERRAD灭菌法的灭菌处理。但是，进行STERRAD灭菌法的装置价格昂贵，因此希望适用低成本的高压蒸汽灭菌法。在高压蒸汽灭菌法中，硬性镜暴露于高温以及高压下。在高温以及高压下，由于收缩等有可能导致硬性镜内的透镜发生错位以及错芯，而导致初始光学特性降低。

本发明是鉴于上述观点而做出的，其目的在于提供一种硬性镜用中继光学系统，即使暴露在高温以及高压下，也能够将光学特性维持在公差内。

用于解决问题的手段

为了解决上述的各个问题，第1观点的硬性镜用中继光学系统，其特征在于，具有：透镜固定框，具有以相互为同轴的方式接合的多个筒体；以及不含接合透镜的多个透镜，被设置成在所述透镜固定框的轴向上，在所述筒体的接合位置以外的位置，在所述透镜固定框内光轴一致。

另外，优选在第2观点的硬性镜用中继光学系统中，多个所述筒体的至少一个，具有作为多个所述透镜的一部分的前段透镜组、后段透镜组以及中段透镜，所述前段透镜组包含相互接近的具有正的光焦度的透镜以及具有负的光焦度的透镜，所述后段透镜组包含相互接近的具有负的光焦度的透镜以及具有正的光焦度的透镜，所述中段透镜配置在所述前段透镜组与所述后段透镜组之间，并且具有正的光焦度。

另外，优选在第3观点的硬性镜用中继光学系统中，在所述前段透镜组以及所述后段透镜组的至少任意一个中，具有所述正的光焦度的透镜与具有所述负的光焦度的透镜在有效直径的外部彼此抵接。

另外，优选在第4观点的硬性镜用中继光学系统中，还具有设置在所述筒体的接合位置附近的多个所述透镜的孔径光阑。

另外，优选在第5观点的硬性镜用中继光学系统中，还具有粘合体，该粘合体从形成在沿所述透镜固定框的周向的至少三处的通孔延伸至多个所述透镜的至少一部分的外缘，且将该一部分固定在所述透镜固定框上。

另外，优选在第6观点的硬性镜用中继光学系统中，所述粘合体的玻璃化转变温度为灭菌处理温度以上。

另外，优选在第7观点的硬性镜用中继光学系统中，所述透镜固定框、多个所述透镜以及调整多个所述透镜的至少一部分的在光轴方向上的位置的间隙环的各自的热膨胀系数Ec、El以及Es满足Ec≥(El+Es)。

发明的效果

根据本发明，即使暴露在高温以及高压下，光学特性也能被维持在公差内。

附图说明

图1是概略地示出包含本发明的一实施方式的中继光学系统的硬性镜的结构的外观图。

图2是示出图1的硬性镜光学系统的概略结构的结构图。

图3是沿图2的中继光学系统的轴向的截面图。

图4是从图3的IV-IV线观察的中继光学系统的截面图。

具体实施方式

以下，关于本发明的实施的方式，参照附图进行说明。

图1是适用本发明的一实施方式的硬性镜用中继光学系统20的硬性镜10的示意图。硬性镜10包含插入部11以及操作部12。

插入部11为硬质的圆柱状。使用插入部11，例如从前端侧插入体内。在插入部11的基端侧连接有操作部12。使用者能够握住操作部12，以调整插入部11的插入位置。

在插入部11中设置有从前端超越基端而延伸的硬性镜光学系统13以及光导器14。硬性镜光学系统13延伸至操作部12内。硬性镜光学系统13能够在操作部12侧，与安装在操作部12上的相机15光学地结合。相机15可在操作部12自由装拆。光导器14穿过操作部12延伸至硬性镜10的外部。从操作部12侧延伸的光导器14的端部，能够自由装拆地与光源装置16结合。

在使用硬性镜10时，光源装置16所发射的照明光，经由光导器14照射到插入部11的前端附近的观察对象物上。观察对象物的光学像，通过硬性镜光学系统13，形成在相机15的受光面上。相机15例如具有4K分辨率或8K分辨率等的高分辨率。相机15拍摄的图像作为图像信号被发送至显示装置17。显示装置17显示相机15拍摄的图像。

接下来，对硬性镜光学系统13进行说明。如图2所示，硬性镜光学系统13包含对物光学系统18、摄像光学系统19以及中继光学系统20。对物光学系统18设置在插入部11的前端。对物光学系统18形成观察对象物的实像。摄像光学系统19将观察对象物的实像形成在相机15的受光面上。中继光学系统20被配置在对物光学系统18与摄像光学系统19之间。中继光学系统20将对物光学系统18形成的观察对象物的实像传输至摄像光学系统19。

利用图3对中继光学系统20的结构进行详细地说明。中继光学系统20包含透镜固定框21以及多个透镜22。而且，中继光学系统20可以包含粘合体23、间隙环24以及孔径光阑25。

透镜固定框21具有筒体26。筒体26可以由任意的材料形成，例如由黄铜、铝合金以及不锈钢等金属形成。多个筒体26以相互为同轴的方式接合。多个筒体26可以由任意的方法接合，例如通过焊接接合。

在本实施方式中，全部的多个筒体26，大小相同且形状相同。在筒体26的轴向的一方的端部，形成有内凸缘27。两个筒体26在形成有内凸缘27的端部的相反的端部接合。在形成有内凸缘27的端部的相反的端部接合的两个筒体26构成连接筒28。透镜固定框21具有至少一个连接筒28。透镜固定框21包含与插入部11的长度相对应的数量的连接筒28。此外，在透镜固定框21具有多个连接筒28的结构中，两个连接筒28在各自的轴向的端部接合。

多个透镜22可以分别由任意的玻璃材料或任意的透光性树脂形成。多个透镜22以各自的光轴一致的方式被固定在透镜固定框21内。多个透镜22在透镜固定框21的轴向上在多个筒体26的接合位置jp以外的位置。多个透镜22不含接合透镜。即，多个透镜22中的透镜之间没有粘合在一起。

设置在单一的连接筒28中的透镜22被固定在连接筒28内，并且被设计成，将形成在单一的连接筒28的一方的端面上的实像形成在另一端的端面。因此，通过将多个连接筒28的端面之间彼此接合，使得实像能够在接合的多个连接筒28全体上被传输。

在本实施方式中，多个透镜22的一部分，作为前段透镜组29、后段透镜组30以及中段透镜31，设置在多个筒体26的至少一个上。而且，在本实施方式中，在全部的多个筒体26中，设置有相同的前段透镜组29、相同的后段透镜组30以及相同的中段透镜31。前段透镜组29、中段透镜31以及后段透镜组30，使在筒体26的前段透镜组29侧的端面形成的实像中的各点像形成平行光束，并从后段透镜组30出射。

前段透镜组29配置在形成有筒体26的内凸缘27的端部。前段透镜组29包含从形成有内凸缘27的端侧排列的具有正的光焦度透镜29p以及具有负的光焦度的透镜29n。后段透镜组30包含从形成有内凸缘27的端侧排列的具有负的光焦度的透镜30n以及具有正的光焦度的透镜30p。中段透镜31配置在前段透镜组29与后段透镜组30之间。中段透镜31具有正的光焦度。

在前段透镜组29中，具有正的光焦度的透镜29p与具有负的光焦度透镜29n可以在各自的有效直径的外部彼此抵接，而不粘合在一起。有效直径是作为透镜的折射面发挥作用的范围，或者是在硬性镜光学系统13的状态下在透镜的面内光线通过的范围。另外，在后段透镜组30中，具有正的光焦度的透镜30p与具有负的光焦度的透镜30n可以在各自的有效直径的外部彼此抵接，而不粘合在一起。

多个透镜22可以通过任意的机构固定在透镜固定框21上。在本实施方式中，多个透镜22通过粘合体23固定在透镜固定框21上。粘合体23从形成在透镜固定框21的圆筒侧壁上的通孔th延伸至透镜22的外周缘。如图4所示，通孔th形成在沿透镜固定框21的周向的至少三处。优选通孔th均匀地配置在周向上，并且在形成于三处的结构中，优选以120°间隔配置。在本实施方式中，形成在三处。因此，在本实施方式中，在沿透镜22的周向的不同的三处，粘合体23将该透镜22固定在透镜固定框21上。

粘合体23的玻璃化转变温度可以在高压蒸汽灭菌法对硬性镜10灭菌的灭菌温度以上。高压蒸汽灭菌法对硬性镜10灭菌的灭菌温度优选在115℃以上，更优选在130℃以上，进一步优选为140℃。

间隙环24可以由任意的材料形成，但是，优选由满足(1)式的材料形成。

Ec≥(El+Es) (1)

在(1)式中，Ec为透镜固定框21的热膨胀系数。El为多个透镜22各自的热膨胀系数。Es为间隙环24的热膨胀系数。在本实施方式中，间隙环24例如由黄铜、铝合金以及不锈钢等的金属形成。

间隙环24设置在前段透镜组29与中段透镜31之间以及中段透镜31与后段透镜组30之间。间隙环24在有效直径的外部与透镜22抵接。在制造中继光学系统20时，间隙环24调整在透镜固定框21的轴向上的透镜22的位置，从而使之在所希望的位置对位。

孔径光阑25设置在筒体26的接合位置jp附近。孔径光阑25调整中继光学系统20传输的光的光量。

在以上的结构的本实施方式的硬性镜10用中继光学系统20中，通过使多个筒体26以相互为同轴的方式接合，从而形成透镜固定框21。通过这样的结构，在中继光学系统20中，在高温以及高压下在透镜固定框21产生的应力在接合部分得以缓和。因此，中继光学系统20能够降低高温以及高压下的透镜22的偏移量。其结果，即使暴露在高温以及高压下，中继光学系统20也能够减小初始的光学特性的降低。另外，在通常的硬性镜中，中继光学系统的透镜固定框为单一的长条的圆筒。在这样的长条的圆筒内，在使间隙环介于透镜之间并且多个透镜被插入的状态下，通过从两端侧用凸缘、铆接、压环等插入多个透镜来进行固定。在这样的结构中，由于暴露在高温下，透镜固定框、透镜以及间隙环的热膨胀率不同，因此，例如，间隙环比常温下更用力地按压透镜，这样透镜的表面可能变形。另外，例如，由于间隙环与透镜之间产生间隙，可能产生透镜的错位以及错芯。相对于此，在上述那样的结构的中继光学系统20中，由于能够将透镜22固定在比整个透镜固定框21短的每个筒体26中，因此，即使采用使间隙环介入并从两端侧按压的以外的固定方法，也能够以高精度对透镜22进行对位以及对芯。因此，即使暴露在高温以及高压下，也能够减小初始的光学特性的降低。另外，由于中继光学系统20能够以高精度使光轴方向的位置对准，因此，能够避免使用接合透镜。

另外，在本实施方式的硬性镜10用中继光学系统20中，在中继光学系统20所具有的多个透镜22中，不含接合透镜。一般地，由于使用粘合剂使接合透镜接合，所以反复暴露在高热环境下，可能会产生白浊。接合透镜的折射面的白浊使接合透镜的透光性等的光学性能降低。相对于此，上述的结构的中继光学系统20能够抑制由于暴露在高温下而导致的光学性能的降低。

另外，在本实施方式的硬性镜10用中继光学系统20中，透镜22设置在筒体26的接合位置jp以外的位置。在筒体26的接合位置jp，难以以高精度进行透镜的对芯。通过采用外径与筒体26的内径的长度相同的柱状透镜作为透镜的一部分，能够在筒体26内进行高精度的对芯，但是，由于暴露在高温下，由于热膨胀率的不同，可能会产生错芯。相对于此，在上述的结构的中继光学系统20中，不产生透镜22的错芯，能够以高精度进行透镜22的对芯。

另外，在本实施方式的硬性镜10用中继光学系统20中，筒体26具有：前段透镜组29，包含相互接近的具有正的光焦度的透镜29p以及具有负的光焦度的透镜29n；后段透镜组30，包含相互接近的具有负的光焦度的透镜30n以及具有正的光焦度的透镜30p；以及中段透镜31，配置在前段透镜组29与后段透镜组30之间。通过这样的结构，在中继光学系统20中，通过具有正的光焦度的透镜29p，将入射的光线向光轴方向折射。因此，在中继光学系统20中，能够采用NA相对较大且有效直径相对小的透镜。另外，在中继光学系统20中，与具有正的光焦度的透镜29p接近的具有负的光焦度的透镜29n，能够降低由具有正的光焦度的透镜29p产生的色像差。另外，在中继光学系统20中，与具有负的光焦度的透镜29n邻接且具有正的光焦度的中段透镜31，能够使光线束在光轴方向上汇聚。另外，在中继光学系统20中，与中段透镜31邻接的后段透镜组30能够降低前段透镜组29以及中段透镜31中产生的色像差。另外，在中继光学系统20中，由于后段透镜组30包含具有负的光焦度的透镜30n以及具有正的光焦度的透镜30p，因此，能够进一步降低色像差。

另外，在本实施方式的硬性镜10用中继光学系统20中，在前段透镜组29以及后段透镜组30的至少任意一个组中，具有正的光焦度的透镜29p、30p与具有负的光焦度的透镜29n、30n在有效直径的外部彼此抵接。根据这样的结构，在中继光学系统20中，使介于透镜22之间的间隙环24的数量减少，并且能够固定透镜。因此，在中继光学系统20中，由于作为因热膨胀率的差异而导致偏移的主要原因的间隙环24的数量少，所以能够进一步使透镜22产生的偏移的偏移量减小。

另外，在本实施方式的硬性镜10用中继光学系统20中，孔径光阑25设置在筒体26的接合位置jp附近。如上所述，在前段透镜组29、中段透镜31以及后段透镜组30使在筒体26的前段透镜组29侧的端面形成的实像中的各点像形成平行光束并从后段透镜组30出射的结构中，相对难以产生由孔径光阑25的错位而导致的分辨率的劣化。因此，在中继光学系统20中，由于在接合位置jp附近设置有对错位容许量大的孔径光阑25，因此，能够有效地活用空间。

另外，在本实施方式的硬性镜10用中继光学系统20中，从形成在透镜固定框21的通孔th延伸至透镜22的外缘的粘合体23将透镜22固定在透镜固定框21上。根据这样的结构，在中继光学系统20中，由于未将间隙环24用于固定，因此即使被暴露在高温以及高压下，也能够进一步减少光轴方向上的各透镜22相对于透镜固定框21的错位的偏移量。另外，在中继光学系统20中，通过调整来自沿周向的3处以上的通孔th的粘合剂(固化前的粘合体23)的注入量，使得每个透镜22的对芯变得容易。

另外，在本实施方式的硬性镜10用中继光学系统20中，粘合体23的玻璃化转变温度为灭菌处理温度以上。粘合体23在玻璃化转变温度以上会异常膨胀。相对于此，根据上述那样的结构，在中继光学系统20中，即使实施通过高压蒸汽灭菌法的灭菌处理，也能够防止粘合体23发生异常膨胀。因此，在中继光学系统20中，能够防止发生由粘合体23的异常膨胀而产生的透镜22的错芯以及透镜22的歪斜。

另外，在本实施方式的硬性镜10用中继光学系统20中，使用满足Ec≥(El+Es)的透镜固定框21、多个透镜22以及间隙环24。在透镜固定框21的热膨胀比透镜22以及间隙环24的热膨胀小的情况下，由于来自间隙环24的应力施加到透镜22的表面，因此会产生透镜22的错位以及歪斜。相对于此，根据上述的结构，在中继光学系统20中，即使被暴露在高温下而热膨胀，也能够防止间隙环24按压透镜22。因此，在中继光学系统20中，即使被暴露在高温下，也能够防止透镜22的错位以及歪斜。

虽然基于各附图和实施方式对本发明进行了说明，但是，请注意，本领域技术人员容易基于本公开进行各种的变形和修正。因此，请注意，这些变形和修正包含在本发明的范围内。

例如，在本实施方式中，硬性镜10是采用相机15以及显示装置17来使观察对象物可视的结构，但是，也可以是不使用相机15而观察者从硬性镜光学系统13的基端侧的端侧视觉辨认观察对象物的结构。在该结构中，形成中继光学系统20所传输的实像的虚像的目镜光学系统代替摄像光学系统19，被应用于硬性镜光学系统13。

附图标记说明

10：硬性镜、

11：插入部、

12：操作部、

13：硬性镜光学系统、

14：光导器、

15：相机、

16：光源装置、

17：显示装置、

18：对物光学系统、

19：摄像光学系统、

20：中继光学系统、

21：透镜固定框、

22：透镜、

23：粘合体、

24：间隙环、

25：孔径光阑、

26：筒体、

27：内凸缘、

28：连接筒、

29：前段透镜组、

29n：前段透镜组中的具有负的光焦度的透镜、

29p：前段透镜组中的具有正的光焦度的透镜、

30：后段透镜组、

30n：后段透镜组中的具有负的光焦度的透镜、

30p：后段透镜组中的具有正的光焦度的透镜、

31：中段透镜、

jp：接合位置、

th：通孔。

Claims (7)

1.一种硬性镜用中继光学系统，其中，具有：

透镜固定框，具有以相互为同轴的方式接合的多个筒体；以及

不含接合透镜的多个透镜，被设置成在所述透镜固定框的轴向上，在所述筒体的接合位置以外的位置，在所述透镜固定框内光轴一致。

2.根据权利要求1所述的硬性镜用中继光学系统，其中，

多个所述筒体的至少一个具有作为多个所述透镜的一部分的前段透镜组、后段透镜组以及中段透镜，

所述前段透镜组包含相互接近的具有正的光焦度的透镜以及具有负的光焦度的透镜，所述后段透镜组包含相互接近的具有负的光焦度的透镜以及具有正的光焦度的透镜，所述中段透镜配置在所述前段透镜组与所述后段透镜组之间，并且具有正的光焦度。

3.根据权利要求2所述的硬性镜用中继光学系统，其中，

在所述前段透镜组以及所述后段透镜组的至少任意一组中，具有正的光焦度的所述透镜与具有负的光焦度的所述透镜在有效直径的外部彼此抵接。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的硬性镜用中继光学系统，其中，还具有设置在所述筒体的接合位置附近的多个所述透镜的孔径光阑。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的硬性镜用中继光学系统，其中，还具有粘合体，该粘合体从形成在沿所述透镜固定框的周向的至少三处的通孔延伸至多个所述透镜的至少一部分的外缘，且将该一部分固定在所述透镜固定框上。

6.权利要求5所述的硬性镜用中继光学系统，其中，所述粘合体的玻璃化转变温度为灭菌处理温度以上。

7.权利要求1至6中的任一项所述的硬性镜用中继光学系统，其中，所述透镜固定框、多个所述透镜以及调整多个所述透镜的至少一部分的在光轴方向上的位置的间隙环的其各自的热膨胀系数Ec、El以及Es满足Ec≥(El+Es)。

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